WO2021215194A1 - 検出方法、検出装置、及び、誘電体粒子 - Google Patents

検出方法、検出装置、及び、誘電体粒子 Download PDF

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類 平岡
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2446/00—Magnetic particle immunoreagent carriers

Definitions

  • the present disclosure relates to a detection method and a detection device for detecting a target substance such as a virus, and a dielectric particle used in the detection method and the detection device.
  • Patent Document 1 For example, in Patent Document 1, light generated by the application of a first magnetic field that moves a conjugate formed by bonding a target substance with magnetic particles and fluorescent particles in a direction away from the surface of a detection plate on which a proximity field is formed. The target substance is detected by measuring the reduction of the signal or the like.
  • Patent Document 1 since the conjugate formed by non-specific adsorption in which the magnetic particles and the fluorescent particles are bonded without the intervention of the target substance also moves while emitting fluorescence, it is distinguished from the conjugate containing the target substance. Is difficult. As a result, false positives in which the target substance is erroneously detected by the conjugate containing no target substance occurs, and the detection accuracy is lowered.
  • the present disclosure provides a method for detecting a target substance, which can reduce false positives due to non-specific adsorption and improve the detection accuracy of the target substance.
  • a target substance and a dielectric particle modified with a single domain antibody that binds to the target substance are bound to form a complex, and the complex and the complex are formed.
  • the unbound particles, which are the dielectric particles that do not form the above, are separated by dielectrophoresis in a liquid, and the target substance contained in the separated composite is detected by using an imaging device.
  • the detection device is a detection device that detects a target substance by dielectrophoresis, and is a dielectric particle modified with a single domain antibody that binds to the target substance, and the target substance and the dielectric.
  • a separator that separates a complex formed by bonding with body particles and unbonded particles that are dielectric particles that do not form the complex by dielectrophoresis in a liquid, and the separated composite. It includes an image pickup element used for detecting the target substance contained in the body.
  • the dielectric particle according to one aspect of the present disclosure is a dielectric particle modified with a single domain antibody that binds to a target substance.
  • Computer-readable recording media include non-volatile recording media such as CD-ROMs (Compact Disc-Read Only Memory).
  • the detection method or the like according to one aspect of the present disclosure can reduce false positives due to non-specific adsorption and improve the detection accuracy of the target substance.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a detection device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the detection device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view showing the configuration of the electrode set according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a detection method according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a process of forming complex particles in the embodiment.
  • FIG. 6 is a graph showing the set frequency of the AC voltage in the embodiment.
  • FIG. 7A is a schematic view showing particles that have moved to the first electric field region.
  • FIG. 7B is a schematic view showing particles that have moved to the first electric field region and the second electric field region.
  • FIG. 7C is a schematic view showing particles that have moved to the second electric field region.
  • FIG. 8 is a graph showing the crossover frequency for each type of particles in the embodiment.
  • FIG. 9A is a first graph showing the zeta potentials of the particles according to the embodiment and the comparative example.
  • FIG. 9B is a second graph showing the zeta potential of the particles according to the embodiment and the comparative example.
  • FIG. 10 is a first plan view showing the configuration of the electrode set according to the modified example.
  • FIG. 11 is a second plan view showing the configuration of the electrode set according to the modified example.
  • FIG. 12 is a diagram showing a process of forming complex particles according to a modified example.
  • detecting a target substance includes measuring the amount (for example, number or concentration, etc.) or range of the target substance in addition to finding the target substance and confirming the existence of the target substance.
  • the complex particles and the unbound particles are separated by dielectrophoresis (DEP) in the liquid, and the target substance contained in the separated complex particles is detected.
  • DEP dielectrophoresis
  • Dielectrophoresis is a phenomenon in which a force acts on dielectric particles exposed to a non-uniform electric field. This force does not require the particles to be charged.
  • the target substance is a substance to be detected, for example, a molecule such as a pathogenic protein, a virus (outer shell protein, etc.), or a bacterium (polysaccharide, etc.).
  • the target substance may also be referred to as a test object or a detection object.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a detection device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the detection device according to the embodiment.
  • the separator 110 is shown in an approximate shape so that the inside of the separator 110 can be seen by passing through a portion other than the first substrate 111.
  • FIG. 1 is used to explain the relationship with other components centering on the separator 110, and limits the arrangement position, arrangement direction, posture, etc. of each component when the detection device 100 is used. It's not something to do.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the separator 110 shown in FIG. 1 cut along a direction parallel to the paper surface. The thickness of a part of the separator 110 shown in FIG. 2 is shown in FIG. It has been omitted.
  • the detection device 100 includes a separator 110, a power supply 120, a light source 130, an image sensor 140, and a detection unit 150.
  • the separator 110 is a container for accommodating the sample 10 containing the target substance 11, and has a space 1121 inside. Sample 10 is housed in the space 1121.
  • the separator 110 separates the complex particles 13 and the unbound particles 12 by dielectrophoresis in the liquid (that is, in the external liquid of the sample 10) in the space 1121. Here, the separator 110 positionally separates the complex particles 13 and the unbound particles 12.
  • the sample 10 produced by mixing the target substance 11 contains the complex particles 13 in which the target substance 11 and the dielectric particles 12a are bonded, and the unbound particles 12.
  • the contaminant 14 may be mixed in the sample 10.
  • the complex particle 13 is a complex bonded to the target substance 11 and the dielectric particle 12a modified with a substance having a property of specifically binding to the target substance 11 (see FIG. 5 described later). That is, in the complex particles 13, the target substance 11 and the dielectric particles 12a are bonded to each other via a substance having a property of specifically binding to the target substance 11.
  • the dielectric particle 12a is a particle that can be polarized by an applied electric field.
  • the dielectric particles 12a may contain, for example, a fluorescent substance.
  • the dielectric particles 12a can be detected by detecting the light in the wavelength band of fluorescence emission.
  • the dielectric particles 12a are not limited to particles containing a fluorescent substance.
  • polystyrene particles, glass particles, or the like that do not contain a fluorescent substance may be used.
  • the substance having the property of specifically binding to the target substance is a substance that can specifically bind to the target substance 11, and is also called a specific binding substance 12b (see FIG. 5 described later).
  • a specific binding substance 12b As the specific binding substance 12b to the target substance 11, a single domain antibody against the target substance, particularly a VHH antibody, is used.
  • the unbound particles 12 include dielectric particles 12a that do not form the complex particles 13. That is, the unbound particles 12 are dielectric particles 12a modified with the specific binding substance 12b, and are not bound to the target substance 11.
  • the unbound particles 12 are also referred to as free (F) components.
  • the complex particles 13 include dielectric particles 12a modified with the specific binding substance 12b, which are bound to the target substance 11.
  • the dielectric particles 12a and the specific binding substance 12b bound to the target substance 11 are also referred to as bind (B) components.
  • the separator 110 includes a first substrate 111, a spacer 112, and a second substrate 113.
  • the first substrate 111 is, for example, a sheet made of glass or resin.
  • the first substrate 111 has an upper surface that defines the bottom of the space 1121, and an electrode set 1111 to which an AC voltage is applied from the power supply 120 is formed on the upper surface.
  • the electrode set 1111 includes the first electrode 1112 and the second electrode 1113, and can generate a non-uniform electric field (also referred to as an electric field gradient) on the first substrate 111. That is, the electrode set 1111 is an example of an electric field gradient generating unit that generates (or forms) an electric field gradient. The details of the electrode set 1111 will be described later with reference to FIG.
  • the spacer 112 is arranged on the first substrate 111.
  • the spacer 112 is formed with a through hole corresponding to the shape of the space 1121.
  • the space 1121 is formed by through holes sandwiched between the first substrate 111 and the second substrate 113.
  • the sample 10 containing the complex particles 13 and the unbound particles 12 is introduced into the space 1121.
  • the spacer 112 is an outer wall that surrounds the through hole and has an inner surface that defines the space 1121.
  • the spacer 112 is made of, for example, a material such as a resin having high adhesion to the first substrate 111 and the second substrate 113.
  • the second substrate 113 is, for example, a transparent sheet made of glass or resin, and is arranged on the spacer 112.
  • a polycarbonate substrate can be used as the second substrate 113.
  • the second substrate 113 is formed so that the supply hole 1131 and the discharge hole 1132 connected to the space 1121 penetrate the plate surface.
  • the sample 10 is supplied to the space 1121 through the supply hole 1131 and discharged from the space 1121 through the discharge hole 1132.
  • the separator 110 may be configured without the second substrate 113. That is, the second substrate 113 is not an essential component.
  • the space 1121 for forming the separator 110 as a container is formed by a first substrate 111 and a spacer 112 that define the bottom and the inner side surface, respectively.
  • the power supply 120 is an AC power supply, and an AC voltage is applied to the electrode set 1111 of the first substrate 111.
  • the power supply 120 may be any power source as long as it can supply an AC voltage, and is not limited to a specific power source.
  • the AC voltage may be supplied from an external power source, in which case the power source 120 may not be included in the detection device 100.
  • the light source 130 irradiates the sample 10 in the space 1121 with the irradiation light 131.
  • the irradiation light 131 is irradiated into the sample 10 via the transparent second substrate 113.
  • Detection light 132 corresponding to the irradiation light 131 is generated from the sample 10, and the detection light 132 is detected to detect the dielectric particles 12a contained in the sample 10.
  • the dielectric particles 12a contain a fluorescent substance
  • the fluorescent substance is excited by irradiating the excitation light as the irradiation light 131, and the fluorescence emitted from the fluorescent substance is detected as the detection light 132. ..
  • the light source 130 a known technique can be used without particular limitation.
  • a laser such as a semiconductor laser or a gas laser can be used as the light source 130.
  • a wavelength having a small interaction with the substance contained in the target substance 11 is used.
  • the target substance 11 is a virus
  • irradiation light 131 having a wavelength of 325 nm to 2000 nm is selected.
  • a wavelength that can be used by a semiconductor laser for example, 600 nm to 850 nm may be used.
  • the light source 130 does not have to be included in the detection device 100.
  • the dielectric particles 12a may not contain a fluorescent substance, and in this case, the irradiation light 131 may not be irradiated from the light source 130.
  • the dielectric particles 12a can be detected by using the emitted external light using the sun, a fluorescent lamp, or the like as the light source 130.
  • the image sensor 140 is a CMOS image sensor, a CCD image sensor, or the like, and generates and outputs an image by receiving the detection light 132 generated from the sample 10.
  • the image sensor 140 is, for example, built into the camera 141 or the like and is arranged horizontally on the plate surface of the first substrate 111, and corresponds to the electrode set 1111 via an optical element (not shown) such as a lens included in the camera 141. Take an image of the part to be used. As described above, the image sensor 140 is used to photograph the complex particles 13 separated from the unbound particles 12 by the separator 110 to detect the target substance 11 contained in the complex particles 13.
  • the image pickup device 140 images the fluorescence emitted from the fluorescent substance contained in the dielectric particles 12a.
  • the detection device 100 may include a photo detector instead of the image sensor 140.
  • the photodetector may detect the detection light 132 such as fluorescence from the region on the first substrate 111 where the complex particles 13 separated by dielectrophoresis gather.
  • a photo detector is used instead of the image sensor 140 in this way, analysis by the detection unit 150, which will be described later, is unnecessary. Therefore, it is possible to realize the detection device 100 without including the detection unit 150.
  • the detection device 100 may include an optical lens and / or an optical filter between the light source 130 and the separator 110 and / or between the separator 110 and the image sensor 140.
  • a long-pass filter that can block the irradiation light 131 from the light source 130 and allow the detection light 132 to pass through may be installed between the separator 110 and the image sensor 140.
  • the detection unit 150 acquires an image output by the image sensor 140, and detects the dielectric particles 12a contained in the sample 10 based on the image.
  • each of the complex particles 13 and the unbound particles 12 can be counted individually. That is, the dielectric particles 12a forming the complex particles 13 and the dielectric particles 12a contained in the unbound particles 12 can be detected separately. Therefore, by detecting the dielectric particles 12a based on the image, the detection unit 150 detects the complex particles 13 in the sample 10.
  • the detection unit 150 detects bright spots having different brightness values by comparing the acquired image with the control image using a control image that does not include the dielectric particles 12a captured in advance. Specifically, when the light emission is detected as the detection light 132, the point having a high luminance value in the acquired image is set as the bright point, and when the transmitted light, the scattered light, or the like is detected as the detection light 132, the light emission is detected. A point having a low brightness value in the acquired image with respect to the control image may be detected as a bright point. In this way, the detection unit 150 obtains the detection result of the complex particles 13 in the sample 10.
  • the detection unit 150 is realized by executing the program for image analysis by using, for example, a circuit such as a processor and a storage device such as a memory, but it may be realized by a dedicated circuit.
  • the detection unit 150 is built in, for example, a computer.
  • FIG. 3 is a plan view showing the configuration of the electrode set according to the embodiment.
  • FIG. 3 shows the configuration of the electrode set 1111 when viewed in a plan view from the image sensor 140 side. Note that FIG. 3 shows a schematic configuration diagram showing a part of the electrode set 1111 for simplification.
  • the electrode set 1111 has a first electrode 1112 and a second electrode 1113 arranged on the first substrate 111. Each of the first electrode 1112 and the second electrode 1113 is electrically connected to the power supply 120.
  • the first electrode 1112 projects from the first base portion 1112a extending in the first direction (left-right direction on the paper surface in FIG. 3) and in the second direction intersecting the first direction (vertical direction on the paper surface in FIG. 3). It includes two first convex portions 1112b. A first concave portion 1112c is formed between the two first convex portions 1112b. The two first convex portions 1112b are arranged so as to face the second electrode 1113. That is, the first electrode 1112 has a first convex portion 1112b that intersects in the first direction and projects from the first base portion 1112a in a direction that is convex toward the second electrode 1113.
  • the first convex portion 1112b faces the second concave portion 1113c of the second electrode 1113.
  • the length of each of the two first convex portions 1112b and the first concave portion 1112c in the first direction and the length in the second direction are, for example, about 5 micrometers.
  • the sizes of the two first convex portions 1112b and the first concave portion 1112c are not limited to this.
  • the shape and size of the second electrode 1113 are substantially the same as the shape and size of the first electrode 1112. That is, the second electrode 1113 also extends from the second base portion 1113a extending in the first direction (left-right direction on the paper surface in FIG. 3) and from the second base portion 1113a in the second direction (vertical direction on the paper surface in FIG. 3) intersecting the first direction. It includes two protruding second convex portions 1113b. A second concave portion 1113c is formed between the two second convex portions 1113b. The two second convex portions 1113b are arranged so as to face the first electrode 1112.
  • the second electrode 1113 has a second convex portion 1113b that intersects in the first direction and projects from the second base portion 1113a in a direction that is convex toward the first electrode.
  • the second convex portion 1113b faces the first concave portion 1112c of the first electrode 1112.
  • the AC voltage applied to the first electrode 1112 and the AC voltage applied to the second electrode 1113 have the same voltage waveform, and a phase difference may be provided.
  • a phase difference of the applied AC voltage for example, 180 degrees can be used.
  • the position of the electrode set 1111 is not limited to the first substrate 111.
  • the electrode set 1111 may be arranged in the vicinity of the sample 10 in the space 1121.
  • the vicinity of the sample 10 means a range in which an electric field can be generated in the sample 10 by the AC voltage applied to the electrode set 1111. That is, the electrode set 1111 may be in direct contact with the sample 10 in the space 1121, or an electric field may be formed in a region including the sample 10 from the outside of the space 1121.
  • the non-uniform electric field forms a first electric field region A having a relatively high electric field strength and a second electric field region B having a relatively low electric field strength on the first substrate 111. ..
  • the first electric field region A is a region having a higher electric field strength than the second electric field region B, and is a region between the first convex portion 1112b and the second convex portion 1113b facing each other. More specifically, the first electric field region A is formed at a position where the ends of the first convex portion 1112b and the second convex portion 1113b in the first direction face each other.
  • the electric field strength depends on the distance between the electrodes that generate the electric field.
  • the electric field strength decreases as the distance between the electrodes becomes longer, and increases as the distance between the electrodes becomes shorter.
  • the position where the ends of the first convex portion 1112b and the second convex portion 1113b in the first direction face each other is the position where the distance between the first electrode 1112 and the second electrode 1113 is the shortest in the electrode set 1111. ,
  • the first electric field region A is a region in a predetermined range including the position where the distance between the first electrode 1112 and the second electrode 1113 is the shortest.
  • the second electric field region B is a region having a lower electric field strength than the first electric field region A, and is between the first convex portion 1112b and the second concave portion 1113c facing each other, or the first concave portion 1112c and the second convex portion facing each other. It is formed in the region between parts 1113b. This region is the position where the distance between the first electrode 1112 and the second electrode is the longest, and in particular, the closer to the first recess 1112c or the second recess 1113c, the lower the electric field strength.
  • the second electric field region B is a region including the bottoms of the first recess 1112c and the second recess 1113c, which have particularly low electric field strength.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a detection method according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a process of forming complex particles in the embodiment.
  • the target substance 11 and the unbound particles 12 are mixed to generate a sample 10.
  • a single domain antibody against the target substance is used as the specific binding substance 12b to the target substance 11.
  • the antibody is an example of a substance having a property of specifically binding to the target substance 11.
  • another single domain antibody capable of binding to the target substance 11 is used as the antibody.
  • the single domain antibody is defined as the above VHH antibody, a recombinant in which the monodomain peptide chain of the variable region of immunoglobulin containing the epitope recognition site is recombinantly expressed using a host such as Escherichia coli, and a single domain antibody in a broad sense.
  • target recognition molecule having a molecular weight of about 7 to 20 kDa, which is composed of a polypeptide forming a helix-loop-helix.
  • target recognition molecules are known as so-called microantibodies.
  • the sizes of the target substance 11, the dielectric particles 12a and the VHH antibody are about 100 nanometers, about 300 nanometers and about 5 nanometers, respectively.
  • an antibody that is not a single domain antibody for example, an IgG antibody, is not used as a specific binding substance for the target substance.
  • the target substance 11 and the unbound particles 12 are subjected to an antigen-antibody reaction.
  • the size of the complex particle 13 is about 700 nanometers.
  • the configuration of the complex particle 13 shown in FIG. 5 (b) is an example, and is not limited to this.
  • the number of the dielectric particles 12a contained in the complex particles 13 may be one or three or more.
  • the number of target substances 11 contained in the complex particles 13 may be two or more.
  • the complex particles 13 and the unbound particles 12 are separated by dielectrophoresis in a liquid (outer liquid of the sample 10) (S120). Specifically, an AC voltage is applied to the electrode set 1111 to generate a non-uniform electric field in the sample 10 on the first substrate 111. As a result, dielectrophoresis acts on the complex particles 13 and the unbound particles 12, and each of the complex particles 13 and the unbound particles 12 moves.
  • the contaminant 14 is also separated in the same manner, but in the separation here, it is necessary to separate the test object and the others. That is, the complex particles 13, the unbound particles 12 and the contaminants 14 are separated. It is not necessary to separate the unbound particles 12 and the contaminants 14.
  • the agglomerated unbound particles 12 are decomposed into a plurality of unbound particles 12 in a single state by dielectrophoresis.
  • the frequency of the AC voltage applied to the electrode set 1111 is set to a predetermined frequency.
  • the complex particles 13, the unbound particles 12, and the contaminants 14 can be subjected to dielectrophoresis in different directions.
  • a predetermined frequency at which negative dielectrophoresis (nDEP) acts on the composite particles 13 and positive dielectrophoresis (pDEP) acts on the unbound particles 12 and impurities 14 is set as the frequency of the AC voltage. If so, the complex particles 13 move to the second electric field region B where the electric field strength is relatively low, and the unbound particles 12 and the contaminants 14 move to the first electric field region A where the electric field strength is relatively high. do. As a result, the complex particles 13, the unbound particles 12, and the contaminants 14 are positionally separated.
  • FIG. 6 is a graph showing the set frequency of the AC voltage in the embodiment.
  • the vertical axis represents the real-part of Clausius-Mossotti factor
  • the horizontal axis represents the frequency of the AC voltage applied during the electrode set 1111.
  • the real part of the Clausius-Mossotti coefficient depends on the size and frequency of the particles.
  • the real part of the Clausius-Mossotti coefficient is negative for the 700 nanometer particle corresponding to the size of the complex particle 13
  • the real part of the Clausius-Mossotti coefficient is negative for the 300 nanometer particle corresponding to the unbound particle 12. Is positive. Therefore, by setting the frequency F as a predetermined frequency of the AC voltage, negative dielectrophoresis can be applied to the complex particles 13 and positive dielectrophoresis can be applied to the unbound particles 12.
  • the target substance 11 contained in the separated complex particles 13 is detected (S130).
  • the image sensor 140 images the second electric field region B and outputs an image including the complex particles 13.
  • the detection unit 150 performs image analysis on the output image and detects the complex particles 13. From the above, the target substance 11 contained in the complex particles 13 is detected.
  • FIG. 7A is a schematic view showing particles that have moved to the first electric field region.
  • FIG. 7B is a schematic view showing particles that have moved to the first electric field region and the second electric field region.
  • FIG. 7C is a schematic view showing particles that have moved to the second electric field region.
  • 7A to 7C show a plan view of the electrode set 1111 viewed from the same direction as in FIG. 3 and the particles 15 dielectrophoresed in the electrode set 1111.
  • the particles 15 here are general particles that move under the action of dielectrophoresis, and can correspond to any of the above-mentioned complex particles 13, unbound particles 12, and impurities 14.
  • the particle 15 when an AC voltage having a frequency at which the real part of the Clausius-Mossotti coefficient of the particle 15 becomes a negative value is applied during the electrode set 1111, the particle 15 is subjected to negative dielectrophoresis. 2 Move to the electric field area B. In this way, the particles 15 reverse the direction of the dielectrophoresis in which they act from positive dielectrophoresis to negative dielectrophoresis for each frequency of the AC voltage applied between the electrode sets.
  • the frequency of the AC voltage hereinafter, also referred to as the crossover frequency
  • the minimum frequency in which the state of FIG. 7B is obtained is defined as a crossover frequency.
  • FIG. 8 is a graph showing the crossover frequency for each type of particles in the embodiment.
  • the vertical axis shows the positive and negative of the real part of the Clausius-Mossotti count
  • the horizontal axis shows the frequency of the AC voltage applied between the electrode sets 1111.
  • the vertical axis of FIG. 8 shows either +1 or -1 obtained by dividing the value of the real part of the Clausius-Mossotti count by the absolute value of the value in order to show the positive or negative of the real part of the Clausius-Mossotti count. ..
  • the crossover frequency of each particle 15 is confirmed in the frequency range of 100 kHz to 500 kHz, and it can be seen that as the frequency increases, the positive dielectrophoresis reverses to the negative dielectrophoresis. ..
  • the crossover frequency is different for each type of particle 15.
  • the crossover frequency of the IgG antibody-modified dielectric particles + the target substance could not be confirmed in the frequency range of 100 kHz to 500 kHz, and the real part of the Clausius-Mossotti count always showed a negative value. .. That is, it is considered that the crossover frequency of the IgG antibody-modified dielectric particles + the target substance exists in a frequency range smaller than 100 kHz.
  • the frequency of the AC voltage at which the dielectrophoresis direction is reversed often has a bandwidth.
  • a predetermined frequency can be selected from the frequency range of 150 kHz to 350 kHz, and a predetermined frequency can be selected from the frequency range of 200 kHz to 300 kHz in order to further improve the separation performance.
  • an AC voltage having a predetermined frequency larger than the first frequency and smaller than the second frequency is applied to the electrode set 1111.
  • both positive and negative dielectrophoresis act on one of the two types of particles 15, and when an AC voltage of the second frequency is used, Both positive and negative dielectrophoresis act on the other of the two types of particles 15. That is, a predetermined frequency is set between the crossover frequency of one particle 15 and the crossover frequency of the other particle 15.
  • FIG. 9A is a first graph showing the zeta potentials of the particles according to the embodiment and the comparative example.
  • FIG. 9B is a second graph showing the zeta potential of the particles according to the embodiment and the comparative example.
  • FIGS. 9A and 9B the zeta potentials of the VHH antibody-modified dielectric particles according to the embodiment and the IgG antibody-modified dielectric particles according to the comparative example are shown by white circles and white squares, respectively. ..
  • “Bare” on the horizontal axis indicates the dielectric particles alone
  • “+ Antibody” indicates the antibody-modified dielectric particles in which each antibody is modified on the dielectric particles
  • “+ Antigen” indicates the antibody.
  • the composite particles in which the modified dielectric particles and the virus used as an antigen are bound are shown.
  • FIG. 9A shows the zeta potential of each particle when the size of the dielectric particle is 1000 nanometers.
  • FIG. 9B shows the zeta potential of each particle when the size of the dielectric particle is 300 nanometers.
  • the zeta potential is based on the detection of the movement of the dielectric particles based on the change in the scattering intensity of the laser light irradiated to the particles by the electrophoretic light scattering measurement method (so-called laser Doppler method). It is calculated from the mobility of dielectric particles.
  • the VHH antibody-modified dielectric particles and the IgG antibody-modified dielectric particles according to the embodiment are both equivalent zetas. It shows the potential (VHH: -26.4 mV, IgG: -24.1 mV).
  • the VHH antibody-modified dielectric particles and the IgG antibody-modified dielectric particles according to the embodiment have different zeta potentials (VHH: -44.2V, IgG: -36.8 mV). ) Is shown.
  • the zeta potential of the VHH antibody-modified dielectric particles is significantly changed by the binding of the virus as compared with the IgG antibody-modified dielectric particles.
  • the ratio of the zeta potential of the complex particle to the zeta potential of the antibody-modified dielectric particle (that is, unbound particle) modified with IgG antibody is 1: 0.65.
  • the ratio of the zeta potential of the complex particles to the zeta potential of the VHH antibody-modified antibody-modified dielectric particles (that is, unbound particles) is 1: 0.59.
  • the same tendency is confirmed in the example using the dielectric particles of 300 nanometers.
  • the VHH antibody-modified dielectric particles and the IgG antibody-modified dielectric particles according to the embodiment both have the same zeta potential (VHH: -21.4 mV, IgG: -21.9 mV). ) Is shown.
  • the VHH antibody-modified dielectric particles and the IgG antibody-modified dielectric particles according to the embodiment have different zeta potentials (VHH: ⁇ 52.9 V, IgG: ⁇ 34.6 mV. ) Is shown.
  • the zeta potential of the VHH antibody-modified dielectric particles is significantly changed by the binding of the virus as compared with the IgG antibody-modified dielectric particles.
  • the ratio of the zeta potential of the complex particle to the zeta potential of the antibody-modified dielectric particle (that is, unbound particle) modified with IgG antibody is 1: 0.63.
  • the ratio of the zeta potential of the complex particles to the zeta potential of the antibody-modified dielectric particles (that is, unbound particles) of the VHH antibody modifier is 1: 0.40.
  • the ratio of the zeta potential of the complex particles to the zeta potential of the unbound particles is such that the crossover frequencies are sufficiently different to allow dielectrophoresis in different directions to act on each of the two types of particles. , It is preferable that the value is smaller than 0.65 and smaller than 0.63.
  • the ratio of the zeta potential of the complex particles to the zeta potential of the unbound particles is 0.40 or more, and preferably 0.59 or more. That is, the ratio of the zeta potential of the complex particles to the zeta potential of the unbound particles is preferably in the range of 0.40 or more and 0.62 or less.
  • the target substance 11 and the dielectric particles 12a modified with a single domain antibody (for example, VHH antibody) that specifically binds to the target substance 11 are bound to each other.
  • the composite particles 13 are formed, and the composite particles 13 and the unbound particles 12 which are the dielectric particles 12a that do not form the composite particles 13 are subjected to dielectric migration in a liquid such as an external liquid of the sample 10.
  • the target substance 11 contained in the separated composite particles 13 is detected by using the image pickup device 140.
  • the target substance 11 is captured as an antigen of the single domain antibody, and the target substance 11 and the dielectric particles 12a form the complex particle 13 via the single domain antibody.
  • Dielectric particles 12a are bound to the target substance 11, and the target substance 11 is moved by dielectrophoresis.
  • the complex particles 13 can be selectively detected by separating the unbonded particles 12 including the unbonded dielectric particles 12a by dielectrophoresis, and the target substance 11 correlates with the detected complex particles 13. Detection can be performed.
  • the one in which the magnetic particles and the fluorescent particles are bonded without passing through the target substance and the one in which the magnetic particles and the fluorescent particles are bonded via the target substance show the same behavior when a magnetic field is applied. It is difficult to selectively detect those bound via a substance. Therefore, in this detection method, the influence of false positives becomes large and the detection accuracy decreases.
  • the detection method of the present embodiment the unbound particles 12 that do not contain the target substance 11 and the complex particles 13 that contain the target substance 11 behave differently, so that the complex particles that contain the target substance 11 13 can be selectively detected. Therefore, false positives due to non-specific adsorption can be reduced, and the detection accuracy of the target substance 11 can be improved.
  • one of positive and negative dielectrophoresis acts on the composite particles 13 by applying an AC voltage of a predetermined frequency, and the unbound particles
  • the other of positive and negative dielectrophoresis may act on 12.
  • the complex particle 13 and the unbound particle 12 are separated by allowing a positive dielectrophoresis to act on one of the complex particle 13 and the unbound particle 12 and a negative dielectrophoresis on the other. Then, the target substance 11 contained in the separated complex particles 13 can be detected.
  • the complex particles 13 and the unbound particles 12 can be separated by moving each particle in the opposite direction by positive and negative dielectrophoresis. Therefore, the complex particles 13 can be selectively detected, false positives due to non-specific adsorption can be reduced, and the detection accuracy of the target substance 11 can be improved.
  • the predetermined frequency is a value larger than the first frequency and smaller than the second frequency, and when an AC voltage of the first frequency is used instead of the predetermined frequency, the generated electric field gradient causes the complex particles.
  • Both positive and negative dielectrophoresis act on 13, and when an AC voltage of the second frequency is used instead of the predetermined frequency, the generated electric field gradient causes the unbound particles 12 to be positive. Both dielectrophoresis and negative dielectrophoresis may act.
  • the composite by applying an AC voltage having a predetermined frequency between the first frequency, which is the crossover frequency of the composite particles 13, and the second frequency, which is the crossover frequency of the unbound particles 12, the composite is used.
  • the particles 13 and the unbound particles 12 can be separated.
  • An AC voltage of an appropriate frequency can be applied, and the complex particles 13 can be selectively detected. Therefore, false positives due to non-specific adsorption can be reduced, and the detection accuracy of the target substance 11 can be improved.
  • the ratio of the zeta potential of the complex particle 13 to the zeta potential of the unbound particles 12 may be 1.0 or less, 0.40 or more, and 0.62 or less.
  • the composition of particles in which the composite particles 13 and the unbound particles 12 can be separated can be selected by evaluating the zeta potential that affects the crossover frequency of the composite particles 13 and the unbound particles 12.
  • an appropriate detection system is constructed depending on whether or not the ratio of the zeta potential of the complex particle 13 to the unbound particle 12 is 1.0 or less, more preferably 0.40 or more and 0.62 or less. You can evaluate whether or not you get it. Therefore, the applicability of the detection method is improved.
  • the dielectric particles 12a contain a fluorescent substance
  • the separated composite particles 13 are irradiated with excitation light, and the fluorescence emitted by the fluorescent substance contained in the composite particles 13 is imaged.
  • the target substance 11 contained in the composite particle 13 may be detected by imaging with the element 140.
  • the dielectric particles 12a can be detected with high sensitivity by utilizing the decrease in fluorescence emission. For example, even when the particle size of the dielectric particles 12a cannot be increased due to restrictions such as the crossover frequency and the zeta potential, the dielectric particles 12a can be detected with high sensitivity. In other words, by improving the detection sensitivity, the selection width of the dielectric particles 12a can be expanded, and the detection method in the present embodiment can be applied to a wider variety of detection systems.
  • the detection device 100 is a detection device 100 that detects the target substance 11 by dielectric migration, and is modified with a single domain antibody (for example, a VHH antibody) that specifically binds to the target substance 11.
  • a single domain antibody for example, a VHH antibody
  • the separator 110 is separated by dielectric migration in a liquid such as the external liquid of 10, and the image pickup device 140 used for detecting the target substance 11 contained in the separated composite particles 13.
  • Such a detection device 100 can configure a detection device 100 that realizes the above detection method.
  • the separator 110 has an electrode set 1111 including a first electrode 1112 and a second electrode 1113 that are spaced apart from each other, and the first electrode 1112 intersects a first base portion 1112a extending in a predetermined direction in a predetermined direction.
  • the second electrode 1113 has one or more first convex portions 1112b protruding from the first base portion 1112a in a direction convex toward the second electrode 1113, and the second electrode 1113 has a second base portion 1113a extending in a predetermined direction.
  • the first electric field region A including the position where the distance between the first electrode 1112 and the second electrode 1113 is the shortest by the first convex portion 1112b and the second convex portion 1113b, and the first convex portion 1112b and the second convex portion 1113b.
  • the dielectric particles 12a according to the present embodiment are modified with a single domain antibody that specifically binds to the target substance 11.
  • Such dielectric particles 12a are useful in the detection device 100 or the detection method for detecting the target substance 11 by dielectrophoresis.
  • FIG. 10 is a first plan view showing the configuration of the electrode set according to the modified example.
  • the electrode set 2111 may be installed on the first substrate 111.
  • the first convex portion 1112b of the first electrode 1112 and the second convex portion 1113b of the second electrode 1113 face each other in the second direction (in the vertical direction of the paper surface in FIG. 10). Even with such an electrode set 2111, a non-uniform electric field can be generated by applying an AC voltage.
  • FIG. 11 is a second plan view showing the configuration of the electrode set according to the modified example.
  • the electrode set 3111 may be installed on the first substrate 111.
  • the electrode set 3111 of FIG. 11 includes three or more electrodes, and a phase difference is provided in the AC voltage applied to the adjacent electrodes.
  • the electrode set 3111 may be referred to as a Castled electrode.
  • FIG. 12 is a diagram showing a process of forming complex particles according to a modified example.
  • the dielectric particles 12a contains a fluorescent substance
  • the dielectric particles 21a and the fluorescent particles 22a may be separate particles. ..
  • the target substance 11, the unbound particles 21, and the antibody-modified fluorescent particles 22 are mixed to generate a sample 10.
  • the unbound particles 21 are dielectric particles 21a of 500 nanometers to 1000 nanometers modified with an antibody 21b of about 5 nanometers.
  • the antibody-modified fluorescent particle 22 is a fluorescent particle 22a having a size of about 300 nanometers modified with an antibody 22b having a size of about 5 nanometers.
  • the size of each particle and antibody is not limited to the above-mentioned size.
  • Polystyrene particles can be used as the dielectric particles 21a, but the dielectric particles are not limited to this.
  • the antibodies 21b and 22b VHH antibodies can be used, but are not limited thereto.
  • the antibody 21b and the antibody 22b may be different.
  • the target substance 11 and the unbound particles 21 and the antibody-modified fluorescence are subjected to an antigen-antibody reaction.
  • the composite particles 23 are formed by binding with the particles 22.
  • the size of the complex particle 23 is 900 nanometers to 1400 nanometers.
  • the unbound particles 12 that did not bind to the target substance 11 remain alone or in an agglomerated state.
  • the difference between the size of the composite particles 23 and the size of the unbound particles 21 can be increased, and the compact particles 23 by dielectrophoresis can be increased. Separation from the unbound particles 21 can be performed more reliably.
  • the frequency of the AC voltage for separating the particles 15 based on the zeta potential also changes depending on the size of the particles 15, it may be outside the range of the zeta potential described in the above embodiment.
  • the zeta potential is used, and the crossover frequency of each particle 15 is measured to determine the particles 15 used for detecting the target substance 11. May be good.
  • It can be used as a detection device to detect target substances such as influenza virus.

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Abstract

標的物質（１１）と、標的物質（１１）に結合するシングルドメイン抗体で修飾された誘電体粒子（１２ａ）とを結合させて複合体を形成し、複合体と、複合体を形成していない誘電体粒子（１２ａ）である未結合粒子（１２）とを、液体中で誘電泳動によって分離し、分離された複合体に含まれる標的物質（１１）を、撮像素子（１４０）を用いて検出する検出方法。

Description

検出方法、検出装置、及び、誘電体粒子
　本開示は、ウイルス等の標的物質を検出するための検出方法及び検出装置、ならびに、検出方法及び検出装置に用いられる誘電体粒子に関する。
　従来、近接場を用いて、微小な標的物質を高感度に検出する光学的検出方法等が提供されている。例えば、特許文献１では、標的物質と磁性粒子及び蛍光粒子との結合によって形成された結合体を近接場が形成された検出板の表面から遠ざける方向に移動させる第１の磁場の印加によって生じる光信号の低減等を計測することで標的物質が検出される。
国際公開第２０１７／１８７７４４号
　しかしながら、特許文献１では、標的物質を介さずに磁性粒子と蛍光粒子とが結合する非特異吸着によって形成された結合体も蛍光を発しながら移動するため、標的物質を含む結合体と区別することが難しい。その結果、標的物質を含まない結合体によって標的物質が誤って検出される偽陽性が生じて検出精度が低下する。
　そこで、本開示は、非特異吸着による偽陽性を低減し、標的物質の検出精度を向上させることができる標的物質の検出方法等を提供する。
　本開示の一態様に係る検出方法は、標的物質と、前記標的物質に結合するシングルドメイン抗体で修飾された誘電体粒子とを結合させて複合体を形成し、前記複合体と、前記複合体を形成していない前記誘電体粒子である未結合粒子とを、液体中で誘電泳動によって分離し、分離された前記複合体に含まれる前記標的物質を、撮像素子を用いて検出する。
　本開示の一態様に係る検出装置は、誘電泳動により、標的物質を検出する検出装置であって、前記標的物質に結合するシングルドメイン抗体で修飾された誘電体粒子と、前記標的物質と前記誘電体粒子との結合により形成された複合体、及び、前記複合体を形成していない前記誘電体粒子である未結合粒子を、液体中で誘電泳動によって分離する分離器と、分離された前記複合体に含まれる前記標的物質の検出に用いられる撮像素子と、を備える。
　本開示の一態様に係る誘電体粒子は、標的物質に結合するシングルドメイン抗体で修飾された誘電体粒子である。
　なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能な記録媒体で実現されてもよく、方法、装置、システム、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ－Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性の記録媒体を含む。
　本開示の一態様に係る検出方法等は、非特異吸着による偽陽性を低減し、標的物質の検出精度を向上させることができる。
図１は、実施の形態に係る検出装置の概略構成を示す斜視図である。 図２は、実施の形態に係る検出装置の概略構成を示す断面図である。 図３は、実施の形態に係る電極セットの構成を示す平面図である。 図４は、実施の形態に係る検出方法を示すフローチャートである。 図５は、実施の形態における複合体粒子の形成プロセスを示す図である。 図６は、実施の形態における交流電圧の設定周波数を示すグラフである。 図７Ａは、第１電場領域に移動した粒子を示す概略図である。 図７Ｂは、第１電場領域及び第２電場領域に移動した粒子を示す概略図である。 図７Ｃは、第２電場領域に移動した粒子を示す概略図である。 図８は、実施の形態における粒子の種類ごとのクロスオーバー周波数を示すグラフである。 図９Ａは、実施の形態及び比較例に係る粒子のゼータ電位を示す第１グラフである。 図９Ｂは、実施の形態及び比較例に係る粒子のゼータ電位を示す第２グラフである。 図１０は、変形例に係る電極セットの構成を示す第１平面図である。 図１１は、変形例に係る電極セットの構成を示す第２平面図である。 図１２は、変形例に係る複合体粒子の形成プロセスを示す図である。
　以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
　なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示す。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。
　以下において、平行及び垂直などの要素間の関係性を示す用語、及び、矩形状などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表すのではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する。
　以下において、標的物質を検出するとは、標的物質を見つけ出して標的物質の存在を確認することに加えて、標的物質の量（例えば数又は濃度等）又はその範囲を測定することを含む。
　（実施の形態）
　本実施の形態では、液体中で複合体粒子及び未結合粒子が誘電泳動（ＤＥＰ：Dielectrophoresis）によって分離され、分離された複合体粒子に含まれる標的物質が検出される。
　誘電泳動とは、不均一な電場にさらされた誘電体粒子に力が働く現象である。この力は、粒子の帯電を要求しない。
　標的物質とは、検出の対象となる物質であり、例えば病原性タンパク質等の分子、ウイルス（外殻タンパク質等）、又は細菌（多糖等）などである。標的物質は、被検物あるいは検出対象物と呼ばれる場合もある。
　以下に、誘電泳動を用いた標的物質の検出を実現する検出装置及び検出方法の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
　［検出装置の構成］
　まず、検出装置の構成について図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係る検出装置の概略構成を示す斜視図である。図２は、実施の形態に係る検出装置の概略構成を示す断面図である。図１では、特に、分離器１１０は、第１基板１１１を除く部分を透過することで、分離器１１０の内部が見えるよう、概形を示している。図１は、分離器１１０を中心にその他の構成要素との関係性を説明するために用いられ、検出装置１００が使用される際の各々の構成要素の配置位置、配置方向、姿勢等を限定するものではない。図２は、図１に示す分離器１１０を紙面と平行な方向に沿って切断した断面図である、なお、図２に示す分離器１１０の一部の構成の厚みは、図１において図示が省略されている。
　図１及び図２に示すように、検出装置１００は、分離器１１０と、電源１２０と、光源１３０と、撮像素子１４０と、検出部１５０と、を備える。
　分離器１１０は、標的物質１１を含む試料１０を収容する容器であり、空間１１２１を内部に有する。試料１０は、当該空間１１２１に収容される。分離器１１０は、空間１１２１内で、複合体粒子１３と未結合粒子１２とを液体中（つまり試料１０の外液中）で誘電泳動により分離する。ここでは、分離器１１０は、複合体粒子１３と未結合粒子１２とを位置的に分離する。標的物質１１を混合して生成された試料１０は、標的物質１１と誘電体粒子１２ａが結合した複合体粒子１３と、未結合粒子１２とを含む。試料１０には、夾雑物１４が混入する場合がある。
　複合体粒子１３とは、標的物質１１と、標的物質１１に特異的に結合する性質を有する物質で修飾された誘電体粒子１２ａ（後述する図５参照）と結合した複合体である。つまり、複合体粒子１３では、標的物質１１に特異的に結合する性質を有する物質を介して、標的物質１１と誘電体粒子１２ａとが結合されている。
　誘電体粒子１２ａとは、印加された電場によって分極することができる粒子である。誘電体粒子１２ａは、例えば、蛍光物質を含んでもよい。後述する光源１３０から、当該蛍光物質を励起する波長の光が照射された場合、蛍光発光の波長帯の光を検出することで、誘電体粒子１２ａの検出を行うことができる。誘電体粒子１２ａは、蛍光物質を含む粒子に限定されない。例えば誘電体粒子１２ａとして、蛍光物質を含まないポリスチレン粒子、ガラス粒子等が用いられてもよい。
　標的物質と特異的に結合する性質を有する物質とは、標的物質１１と特異的に結合可能な物質であり、特異的結合物質１２ｂ（後述する図５参照）とも呼ばれる。標的物質１１に対する特異的結合物質１２ｂとして、標的物質に対するシングルドメイン抗体、特にＶＨＨ抗体が用いられる。
　未結合粒子１２とは、複合体粒子１３を形成していない誘電体粒子１２ａを含む。つまり、未結合粒子１２は特異的結合物質１２ｂで修飾された誘電体粒子１２ａであって、かつ、標的物質１１に結合していない。未結合粒子１２は、フリー（Ｆ）成分とも呼ばれる。一方、複合体粒子１３は標的物質１１と結合した、特異的結合物質１２ｂで修飾された誘電体粒子１２ａを含む。標的物質１１に結合した誘電体粒子１２ａ及び特異的結合物質１２ｂは、バインド（Ｂ）成分とも呼ばれる。
　ここで、分離器１１０の内部構成について説明する。図２に示すように、分離器１１０は、第１基板１１１と、スペーサ１１２と、第２基板１１３と、を備える。
　第１基板１１１は、例えばガラス又は樹脂製のシートである。第１基板１１１は、空間１１２１の底を規定する上面を有し、当該上面には、電源１２０から交流電圧が印加される電極セット１１１１が形成される。電極セット１１１１は、第１電極１１１２及び第２電極１１１３を含み、第１基板１１１上に不均一な電場（電場勾配ともいう）を生成することができる。つまり、電極セット１１１１は、電場勾配を発生する（又は形成する）電場勾配発生部の一例である。なお、電極セット１１１１の詳細については、図３を用いて後述する。
　スペーサ１１２は、第１基板１１１上に配置される。スペーサ１１２には、空間１１２１の形状に対応する貫通孔が形成されている。言い換えると、空間１１２１は、第１基板１１１及び第２基板１１３に挟まれた貫通孔によって形成される。上記したように、空間１１２１には、複合体粒子１３と未結合粒子１２とを含む試料１０が導入される。スペーサ１１２は、貫通孔を囲む外壁であり、空間１１２１を規定する内側面を有する。スペーサ１１２は、例えば、第１基板１１１及び第２基板１１３との密着性が高い樹脂等の材料で構成される。
　第２基板１１３は、例えばガラス又は樹脂製の透明なシートであり、スペーサ１１２上に配置される。例えば、第２基板１１３としては、ポリカーボネート基板を用いることができる。第２基板１１３には、空間１１２１に繋がる供給孔１１３１及び排出孔１１３２が板面を貫通するように形成されている。試料１０は、供給孔１１３１を介して空間１１２１に供給され、排出孔１１３２を介して空間１１２１から排出される。なお、第２基板１１３を備えずに分離器１１０を構成してもよい。つまり、第２基板１１３は、必須の構成要素ではない。例えば、分離器１１０が容器として成立するための空間１１２１は、底及び内側面をそれぞれ規定する第１基板１１１及びスペーサ１１２で形成される。
　電源１２０は、交流電源であり、第１基板１１１の電極セット１１１１に交流電圧を印加する。電源１２０は、交流電圧を供給できればどのような電源であってもよく、特定の電源に限定されない。交流電圧は外部電源から供給されてもよく、この場合、電源１２０は、検出装置１００に含まれなくてもよい。
　光源１３０は、空間１１２１内の試料１０に照射光１３１を照射する。照射光１３１は、透明な第２基板１１３を介して試料１０中に照射される。試料１０からは、照射光１３１に応じた検出光１３２が生じ、当該検出光１３２が検出されることで、試料１０に含まれる誘電体粒子１２ａの検出が行われる。例えば、上記したように、誘電体粒子１２ａに蛍光物質が含まれる場合、照射光１３１として励起光を照射することで蛍光物質が励起され、蛍光物質から発せられた蛍光を検出光１３２として検出する。
　光源１３０としては、公知の技術を特に限定することなく利用することができる。例えば半導体レーザ、ガスレーザ等のレーザを光源１３０として用いることができる。光源１３０から照射される照射光１３１の波長としては、標的物質１１に含まれる物質との相互作用が小さい波長が用いられる。例えば、標的物質１１がウイルスである場合、３２５ｎｍ～２０００ｎｍの波長の照射光１３１が選択される。照射光１３１の波長としては、半導体レーザが利用できる波長（例えば６００ｎｍ～８５０ｎｍ）が用いられてもよい。
　なお、光源１３０は、検出装置１００に含まれなくてもよい。例えば、誘電体粒子１２ａのサイズが大きい場合には、レンズ等の光学素子を組み合わせて観察が可能となり、蛍光発光等の発光現象を用いなくてもよい。つまり、誘電体粒子１２ａに蛍光物質が含まれなくてもよく、この場合、光源１３０から照射光１３１が照射されなくてもよい。太陽及び蛍光灯等を光源１３０として、照射される外光を利用して誘電体粒子１２ａの検出を行うことができる。
　撮像素子１４０は、ＣＭＯＳイメージセンサ及びＣＣＤイメージセンサ等であり、試料１０から生じた検出光１３２を受光することで、画像を生成して出力する。撮像素子１４０は、例えば、カメラ１４１等に内蔵されて第１基板１１１の板面に水平に配置され、カメラ１４１に含まれるレンズ等の光学素子（不図示）を介して、電極セット１１１１に対応する箇所を撮像する。このように、撮像素子１４０は、分離器１１０によって未結合粒子１２と分離された複合体粒子１３を撮影して、複合体粒子１３に含まれる標的物質１１を検出するために用いられる。
　誘電体粒子１２ａが蛍光物質を含む例では、撮像素子１４０は、誘電体粒子１２ａに含まれる蛍光物質から発せられた蛍光を撮像する。なお、検出装置１００は、撮像素子１４０の代わりに、フォトディテクタを備えてもよい。この場合、フォトディテクタは、第１基板１１１上の、誘電泳動によって分離された複合体粒子１３が集まる領域から、蛍光等の検出光１３２を検出すればよい。なお、このように撮像素子１４０に代えてフォトディテクタが用いられる場合、後述の検出部１５０による解析等は不要である。したがって、検出部１５０を備えることなく検出装置１００を実現することも可能である。
　なお、検出装置１００は、光源１３０と分離器１１０との間、及び／又は、分離器１１０と撮像素子１４０との間に、光学レンズ及び／又は光学フィルタを備えてもよい。例えば、光源１３０からの照射光１３１を遮断し、かつ、検出光１３２を通過させることができるロングパスフィルタが、分離器１１０と撮像素子１４０との間に設置されてもよい。
　検出部１５０は、撮像素子１４０によって出力された画像を取得し、当該画像に基づき、試料１０中に含まれる誘電体粒子１２ａの検出を行う。特に、本実施の形態における検出装置１００では、複合体粒子１３と未結合粒子１２とのそれぞれを個別に計数できる。つまり、複合体粒子１３を形成する誘電体粒子１２ａと、未結合粒子１２に含まれる誘電体粒子１２ａとを区別して検出することができる。したがって、画像に基づき誘電体粒子１２ａの検出を行うことで、検出部１５０は、試料１０中の複合体粒子１３を検出する。
　例えば、検出部１５０は、予め撮像された誘電体粒子１２ａを含まない対照画像を用いて、取得した画像と対照画像との比較により、輝度値の異なる輝点を検出する。具体的に、検出光１３２として発光を検出する場合、対照画像に対して取得された画像中の輝度値の高い点を輝点とし、検出光１３２として透過光及び散乱光等を検出する場合、対照画像に対して取得された画像中の輝度値の低い点を輝点として検出すればよい。このようにして、検出部１５０は、試料１０中の複合体粒子１３の検出結果を得る。
　検出部１５０は、例えば、プロセッサ等の回路とメモリ等の記憶装置とを用いて、上記画像解析のためのプログラムが実行されることで実現されるが、専用の回路によって実現されてもよい。検出部１５０は、例えば、コンピュータに内蔵される。
　［第１基板上の電極セットの形状及び配置］
　次に、第１基板１１１上の電極セット１１１１の形状及び配置について、図３を参照しながら説明する。図３は、実施の形態に係る電極セットの構成を示す平面図である。図３では、撮像素子１４０側から平面視した場合の電極セット１１１１の構成が示されている。なお、図３では、簡略化のため、電極セット１１１１の一部分を示す概略構成図が示されている。
　上記に説明したように、電極セット１１１１は、第１基板１１１上に配置された第１電極１１１２と第２電極１１１３とを有する。第１電極１１１２及び第２電極１１１３の各々は、電源１２０と電気的に接続されている。
　第１電極１１１２は、第１方向（図３では紙面左右方向）に延びる第１基部１１１２ａと、第１方向と交差する第２方向（図３では紙面上下方向）に第１基部１１１２ａから突出する２つの第１凸部１１１２ｂと、を備える。２つの第１凸部１１１２ｂの間には、第１凹部１１１２ｃが形成されている。２つの第１凸部１１１２ｂは、第２電極１１１３に対向して配置されている。つまり、第１電極１１１２は、第１方向に交差し、第２電極１１１３に向けて凸となる方向に第１基部１１１２ａから突出する第１凸部１１１２ｂを有する。なお、第１凸部１１１２ｂは、第２電極１１１３の第２凹部１１１３ｃに対向している。２つの第１凸部１１１２ｂ及び第１凹部１１１２ｃの各々の第１方向の長さ及び第２方向の長さは、例えば、いずれも約５マイクロメートルである。なお、２つの第１凸部１１１２ｂ及び第１凹部１１１２ｃのサイズは、これに限定されない。
　第２電極１１１３の形状及びサイズは、第１電極１１１２の形状及びサイズと実質的に同一である。つまり、第２電極１１１３も、第１方向（図３では紙面左右方向）に延びる第２基部１１１３ａと、第１方向と交差する第２方向（図３では紙面上下方向）に第２基部１１１３ａから突出する２つの第２凸部１１１３ｂと、を備える。２つの第２凸部１１１３ｂの間には、第２凹部１１１３ｃが形成されている。２つの第２凸部１１１３ｂは、第１電極１１１２に対向して配置されている。つまり、第２電極１１１３は、第１方向に交差し、第１電極に向けて凸となる方向に第２基部１１１３ａから突出する第２凸部１１１３ｂを有する。なお、第２凸部１１１３ｂは、第１電極１１１２の第１凹部１１１２ｃに対向している。
　このような第１電極１１１２及び第２電極１１１３間に交流電圧が印加されることで、第１基板１１１上に不均一な電場が生成される。第１電極１１１２に印加される交流電圧と、第２電極１１１３に印加される交流電圧とは、電圧波形が同一であって、位相差が設けられてもよい。印加される交流電圧の位相差としては、例えば１８０度を用いることができる。
　なお、電極セット１１１１の位置は、第１基板１１１上に限定されない。電極セット１１１１は、空間１１２１中の試料１０の近傍に配置されればよい。ここで、試料１０の近傍とは、電極セット１１１１に印加された交流電圧によって試料１０内に電場を生成することができる範囲を意味する。つまり、電極セット１１１１は、空間１１２１内で試料１０に直接接していてもよく、空間１１２１の外側から、試料１０を含む領域に電場を形成してもよい。
　［第１基板上の電界強度の分布］
　ここで、第１基板１１１上に生成される不均一な電場の電界強度分布について、図３を参照しながら説明する。
　図３に示すように、不均一な電場により、第１基板１１１上に、電界強度が相対的に高い第１電場領域Ａと電界強度が相対的に低い第２電場領域Ｂとが形成される。第１電場領域Ａは、第２電場領域Ｂよりも高い電界強度を有する領域であり、対向する第１凸部１１１２ｂ及び第２凸部１１１３ｂの間の領域である。より具体的には、第１凸部１１１２ｂと第２凸部１１１３ｂの第１方向における端部同士が対向した位置に第１電場領域Ａが形成される。
　電界強度は、電場を生成する電極どうしの電極間距離に依存する。電界強度は、電極間距離が長いほど低くなり、電極間距離が短いほど高くなる。第１凸部１１１２ｂと第２凸部１１１３ｂの第１方向における端部同士が対向した位置は、電極セット１１１１の中で、第１電極１１１２及び第２電極１１１３の間の距離が最も短い位置となり、最も電界強度が高くなる。第１電場領域Ａは、このような第１電極１１１２及び第２電極１１１３の間の距離が最も短い位置を含む所定の範囲の領域である。
　第２電場領域Ｂは、第１電場領域Ａよりも低い電界強度を有する領域であり、対向する第１凸部１１１２ｂ及び第２凹部１１１３ｃの間、又は、対向する第１凹部１１１２ｃ及び第２凸部１１１３ｂの間の領域内に形成される。この領域は、第１電極１１１２及び第２電極の間の距離が最も長い位置であり、特に、第１凹部１１１２ｃ又は第２凹部１１１３ｃに近いほど電界強度が低くなる。第２電場領域Ｂは、特に電界強度の低い第１凹部１１１２ｃ及び第２凹部１１１３ｃの底を含む領域である。
　［検出装置を用いた検出方法］
　以上のように構成された検出装置１００を用いた標的物質の検出方法について、図４～図６を参照しながら説明する。図４は、実施の形態に係る検出方法を示すフローチャートである。
　まず、標的物質１１と、特異的結合物質１２ｂで修飾された誘電体粒子１２ａとを結合させて複合体粒子１３が形成される（Ｓ１１０）。ここで、複合体粒子１３の形成プロセスについて、図５を参照しながら説明する。図５は、実施の形態における複合体粒子の形成プロセスを示す図である。
　図５の（ａ）に示すように、標的物質１１と未結合粒子１２が混合されて試料１０が生成される。
　本開示においては、標的物質１１に対する特異的結合物質１２ｂとして、標的物質に対するシングルドメイン抗体、特にＶＨＨ抗体が用いられる。抗体は、標的物質１１に特異的に結合する性質を有する物質の一例である。ここではＶＨＨ抗体の他、抗体としては、標的物質１１に結合可能な他のシングルドメイン抗体が用いられる。シングルドメイン抗体は、上記のＶＨＨ抗体、エピトープ認識部位を含む免疫グロブリンの可変領域の単ドメインペプチド鎖を、大腸菌等の宿主を用いて組み換え発現させた組み換え体、及び、広義のシングルドメイン抗体として、ヘリックス－ループ－ヘリックスを形成するポリペプチドから成る、分子量７～２０ｋＤａ程度の標的認識分子等を含む。このような標的認識分子は、いわゆるマイクロ抗体として知られている。標的物質１１、誘電体粒子１２ａ及びＶＨＨ抗体のサイズは、それぞれ、約１００ナノメートル、約３００ナノメートル及び約５ナノメートルである。なお、本開示においては、標的物質に対する特異的結合物質として、シングルドメイン抗体ではない抗体、例えばＩｇＧ抗体は用いられない。
　図５の（ａ）に示す試料１０が液体中で所定温度下で所定時間静置された後には、図５の（ｂ）に示すように、抗原抗体反応により標的物質１１と未結合粒子１２とが結合して複合体粒子１３が形成される。このとき、複合体粒子１３のサイズは、約７００ナノメートルとなる。
　一般に存在量未知の標的物質１１を検出する場合、過剰量の未結合粒子１２を投入し、略全ての標的物質１１について複合体粒子１３を形成させる。複合体粒子１３の量は、標的物質１１の量と相関するため、複合体粒子１３を検出することで、間接的に標的物質１１の検出を行うことができる。ここで、過剰量の未結合粒子１２を投入することにより、図５の（ｂ）に示すように、標的物質１１と結合しなかった未結合粒子１２が、単独又は凝集した状態で残存する。
　なお、図５の（ｂ）に示す複合体粒子１３の構成は一例であり、これに限定されない。例えば、複合体粒子１３に含まれる誘電体粒子１２ａの数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。例えば、複合体粒子１３に含まれる標的物質１１の数は、２つ以上であってもよい。
　図４のフローチャートの説明に戻り、次に、複合体粒子１３と未結合粒子１２とが液体（試料１０の外液）中で誘電泳動によって分離される（Ｓ１２０）。具体的には、電極セット１１１１に交流電圧が印加されて、第１基板１１１上の試料１０内に不均一な電場が生成される。これにより、複合体粒子１３及び未結合粒子１２に誘電泳動が作用して、複合体粒子１３及び未結合粒子１２の各々が移動する。夾雑物１４も同様に分離されるが、ここでの分離では、被検物とその他とを分離する必要がある。つまり、複合体粒子１３と、未結合粒子１２及び夾雑物１４とが分離される。未結合粒子１２と夾雑物１４とが分離される必要はない。なお、凝集状態の未結合粒子１２同士は、誘電泳動によって複数の単独状態の未結合粒子１２に分解される。
　このために、電極セット１１１１に印加される交流電圧の周波数が所定周波数に設定される。所定周波数の交流電圧の印加によって、複合体粒子１３と未結合粒子１２及び夾雑物１４とに異なる方向の誘電泳動を作用させることができる。例えば、複合体粒子１３に対して負の誘電泳動（ｎＤＥＰ）が作用し、未結合粒子１２及び夾雑物１４に対して正の誘電泳動（ｐＤＥＰ）が作用する所定周波数が交流電圧の周波数として設定されれば、複合体粒子１３は、電界強度が相対的に低い第２電場領域Ｂに移動し、未結合粒子１２及び夾雑物１４は、電界強度が相対的に高い第１電場領域Ａに移動する。これにより、複合体粒子１３と未結合粒子１２及び夾雑物１４とが位置的に分離される。
　ここで、交流電圧の所定周波数について、図６を参照しながら説明する。図６は、実施の形態における交流電圧の設定周波数を示すグラフである。図５のグラフにおいて、縦軸は、クラウジウス・モソッティ係数の実部（Real-part of Clausius-Mossotti factor）を示し、横軸は、電極セット１１１１の間に印加される交流電圧の周波数を示す。
　クラウジウス・モソッティ係数の実部が正であれば、粒子には正の誘電泳動が作用し、電界強度のより高い領域に粒子が移動する。逆に、クラウジウス・モソッティ係数の実部が負であれば、粒子には負の誘電泳動が作用し、電界強度のより低い領域に粒子が移動する。
　図６に示すように、クラウジウス・モソッティ係数の実部は、粒子のサイズ及び周波数に依存する。周波数Ｆでは、複合体粒子１３のサイズに対応する７００ナノメートルの粒子においてクラウジウス・モソッティ係数の実部が負となり、未結合粒子１２に対応する３００ナノメートルの粒子においてクラウジウス・モソッティ係数の実部が正となる。そこで、周波数Ｆを交流電圧の所定周波数として設定することにより、複合体粒子１３に対して負の誘電泳動を作用させ、未結合粒子１２に対して正の誘電泳動を作用させることができる。
　図４のフローチャートの説明に戻り、最後に、分離された複合体粒子１３に含まれる標的物質１１が検出される（Ｓ１３０）。例えば、撮像素子１４０が第２電場領域Ｂを撮像し、複合体粒子１３を含む画像を出力する。検出部１５０は、出力された画像について、画像解析を行い、複合体粒子１３を検出する。以上より、複合体粒子１３に含まれる標的物質１１が検出される。
　以下、上記に説明した所定周波数の設定について、図７Ａ～図９Ｂを参照してさらに詳しく説明する。図７Ａは、第１電場領域に移動した粒子を示す概略図である。図７Ｂは、第１電場領域及び第２電場領域に移動した粒子を示す概略図である。図７Ｃは、第２電場領域に移動した粒子を示す概略図である。図７Ａ～図７Ｃでは、図３と同様の方向から見た電極セット１１１１と、当該電極セット１１１１において誘電泳動される粒子１５との平面図が示されている。ここでの粒子１５は、誘電泳動の作用を受けて移動する一般的な粒子であり、上記の複合体粒子１３、未結合粒子１２、及び夾雑物１４のいずれにも対応し得る。
　図７Ａに示すように、粒子１５のクラウジウス・モソッティ係数の実部が正の値になる周波数の交流電圧が、電極セット１１１１の間に印加されると、正の誘電泳動によって粒子１５は、第１電場領域Ａに移動する。
　図７Ｂに示すように、粒子１５のクラウジウス・モソッティ係数の実部が０付近になる周波数の交流電圧が、電極セット１１１１の間に印加されると、正の誘電泳動によって粒子１５は、第１電場領域Ａ及び第２電場領域Ｂに移動する。これは、複数の粒子１５の各々が微妙に異なる性質を示すことで、正の誘電泳動によって移動する粒子１５と負の誘電泳動によって移動する粒子１５とが入り混じった状態となるために生じる。
　図７Ｃに示すように、粒子１５のクラウジウス・モソッティ係数の実部が負の値になる周波数の交流電圧が、電極セット１１１１の間に印加されると、負の誘電泳動によって粒子１５は、第２電場領域Ｂに移動する。このように粒子１５は、電極セットの間に印加される交流電圧の周波数ごとに正の誘電泳動から負の誘電泳動へと、作用される誘電泳動の方向が逆転する。この誘電泳動の方向の逆転の際の交流電圧の周波数（以下クロスオーバー周波数ともいう）は、粒子１５の種類によって異なる。なお、広い周波数帯にわたって図７Ｂの状態が続く（言い換えると、周波数の帯域幅を有する）場合、図７Ｂの状態となる最小の周波数をクロスオーバー周波数と定義する。
　図８は、実施の形態における粒子の種類ごとのクロスオーバー周波数を示すグラフである。図８では、縦軸にクラウジウス・モソッティ計数の実部の正負が示され、横軸に電極セット１１１１の間に印加される交流電圧の周波数が示されている。図８の縦軸では、クラウジウス・モソッティ計数の実部の正負を示すために、クラウジウス・モソッティ計数の実部の値を当該値の絶対値で除した＋１又は－１のいずれかを示している。図８のグラフでは、（ｉ）誘電体粒子単独、（ｉｉ）ＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子＋標的物質、（ｉｉｉ）ＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子単独、及び、（ｉｖ）ＩｇＧ抗体修飾誘電体粒子単独のそれぞれについての結果を示している。
　図８に示すように、いずれの粒子１５も、１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚの周波数範囲内でクロスオーバー周波数が確認され、周波数が大きくなるにつれて、正の誘電泳動から負の誘電泳動へと逆転することがわかる。粒子１５の種類ごとにクロスオーバー周波数が異なっている。
　ここで、図示しないが、ＩｇＧ抗体修飾誘電体粒子＋標的物質のクロスオーバー周波数は、１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚの周波数範囲内で確認できず、常にクラウジウス・モソッティ計数の実部が負の値を示していた。つまり、ＩｇＧ抗体修飾誘電体粒子＋標的物質のクロスオーバー周波数は、１００ｋＨｚよりも小さい周波数範囲に存在すると考えられる。ただし、上記したように、誘電泳動の方向が逆転する交流電圧の周波数が帯域幅を有することが多い。
　（ｉｖ）ＩｇＧ抗体修飾誘電体粒子単独と、ＩｇＧ抗体修飾誘電体粒子＋標的物質とを分離するためには、一方が正の誘電泳動によって第１電場領域Ａに移動し、他方が負の誘電泳動によって第２電場領域Ｂに移動する所定周波数が設定される必要がある。しかしながら、（ｉｖ）ＩｇＧ抗体修飾誘電体粒子単独と、ＩｇＧ抗体修飾誘電体粒子＋標的物質とのクロスオーバー周波数は実質的に一致してしまうため、どの周波数の交流電圧が印加されても粒子１５として同じ誘電泳動の挙動を示す。
　これに対して、（ｉｉ）ＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子＋標的物質のクロスオーバー周波数と、（ｉｉｉ）ＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子単独のクロスオーバー周波数とには３００ｋＨｚの差があるため、一方が正の誘電泳動によって第１電場領域Ａに移動し、他方が負の誘電泳動によって第２電場領域Ｂに移動する所定周波数が設定可能である。つまり、（ｉｉ）ＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子＋標的物質と、（ｉｉｉ）ＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子単独とを分離するためには、１００ｋＨｚ～４００ｋＨｚの周波数の交流電圧が印加されればよい。さらには、周波数が帯域幅を有する場合にも１５０ｋＨｚ～３５０ｋＨｚの周波数範囲から所定周波数を選択でき、より分離性能を向上するために２００ｋＨｚ～３００ｋＨｚの周波数範囲から所定周波数を選択することもできる。
　このように、誘電泳動による２種類の粒子１５の分離では、第１周波数よりも大きく、第２周波数よりも小さい所定周波数の交流電圧が電極セット１１１１に印加される。第１周波数の交流電圧が印加された場合に、２種類の粒子１５の一方には正の誘電泳動及び負の誘電泳動の両方が作用し、第２周波数の交流電圧が用いられた場合に、２種類の粒子１５の他方には正の誘電泳動及び負の誘電泳動の両方が作用する。つまり、一方の粒子１５のクロスオーバー周波数と他方の粒子１５のクロスオーバー周波数との間に所定周波数が設定される。
　以上のように、電極セット１１１１の間に印加される交流電圧の周波数は、クロスオーバー周波数を考慮して適切に設定される。この際、分離を行う２種類以上の粒子１５の間で、クロスオーバー周波数が異なっている必要がある。ここで、粒子１５のクロスオーバー周波数に影響を与える粒子１５自身の性質として、粒子１５のゼータ電位に着目する。図９Ａは、実施の形態及び比較例に係る粒子のゼータ電位を示す第１グラフである。図９Ｂは、実施の形態及び比較例に係る粒子のゼータ電位を示す第２グラフである。
　図９Ａ及び図９Ｂでは、実施の形態に係るＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子と、比較例に係るＩｇＧ抗体修飾誘電体粒子とのゼータ電位を、白抜き丸印及び白抜き四角印でそれぞれ示している。なお、グラフ中の横軸の「Ｂａｒｅ」は、誘電体粒子単独を示し、「＋Ａｎｔｉｂｏｄｙ」は、誘電体粒子に各々の抗体が修飾された抗体修飾誘電体粒子単独を示し、「＋Ａｎｔｉｇｅｎ」は抗体修飾誘電体粒子と抗原として用いたウイルスとを結合させた複合体粒子を示している。図９Ａは、誘電体粒子のサイズが１０００ナノメートルである場合の、それぞれの粒子のゼータ電位を示している。図９Ｂは、誘電体粒子のサイズが３００ナノメートルである場合の、それぞれの粒子のゼータ電位を示している。
　なお、上記のゼータ電位は、電気泳動光散乱測定法（いわゆるレーザドップラー法）により、粒子に照射されたレーザ光の散乱強度の変化に基づいて、誘電体粒子の移動を検出し、検出に基づく誘電体粒子の移動度から算出される。
　図９Ａに示すように、１０００ナノメートルの誘電体粒子を用いる例で、複合体粒子の状態では、実施の形態に係るＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子及びＩｇＧ抗体修飾誘電体粒子は、ともに同等のゼータ電位（ＶＨＨ：－２６．４ｍＶ、ＩｇＧ：－２４．１ｍＶ）を示している。一方で、抗体修飾誘電体粒子単独の状態では、実施の形態に係るＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子及びＩｇＧ抗体修飾誘電体粒子は、異なるゼータ電位（ＶＨＨ：－４４．２Ｖ、ＩｇＧ：－３６．８ｍＶ）を示している。これにより、ＩｇＧ抗体修飾誘電体粒子に比べ、ＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子は、ウイルスの結合によってゼータ電位が大きく変化する。
　例えば、図示するように、ＩｇＧ抗体修飾の抗体修飾誘電体粒子（つまり未結合粒子）のゼータ電位に対する複合体粒子のゼータ電位の比は、１：０．６５である。これに対して、ＶＨＨ抗体修飾の抗体修飾誘電体粒子（つまり未結合粒子）のゼータ電位に対する複合体粒子のゼータ電位の比は、１：０．５９である。
　図９Ｂに示すように、３００ナノメートルの誘電体粒子を用いる例でも同様の傾向が確認される。具体的に、複合体粒子の状態では、実施の形態に係るＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子及びＩｇＧ抗体修飾誘電体粒子は、ともに同等のゼータ電位（ＶＨＨ：－２１．４ｍＶ、ＩｇＧ：－２１．９ｍＶ）を示している。一方で、抗体修飾誘電体粒子単独の状態では、実施の形態に係るＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子及びＩｇＧ抗体修飾誘電体粒子は、異なるゼータ電位（ＶＨＨ：－５２．９Ｖ、ＩｇＧ：－３４．６ｍＶ）を示している。これにより、ＩｇＧ抗体修飾誘電体粒子に比べ、ＶＨＨ抗体修飾誘電体粒子は、ウイルスの結合によってゼータ電位が大きく変化する。
　例えば、図示するように、ＩｇＧ抗体修飾の抗体修飾誘電体粒子（つまり未結合粒子）のゼータ電位に対する複合体粒子のゼータ電位の比は、１：０．６３である。これに対して、ＶＨＨ抗体修飾子の抗体修飾誘電体粒子（つまり未結合粒子）のゼータ電位に対する複合体粒子のゼータ電位の比は、１：０．４０である。
　このように、２種類の粒子のそれぞれに異なる方向の誘電泳動を作用させるためにクロスオーバー周波数に十分な差異を生じさせるには、未結合粒子のゼータ電位に対する複合体粒子のゼータ電位の比が、０．６５よりも小さく、０．６３よりも小さい値であるとよい。未結合粒子のゼータ電位に対する複合体粒子のゼータ電位の比が、０．４０以上であり、０．５９以上の値であるとよい。つまり、未結合粒子のゼータ電位に対する複合体粒子のゼータ電位の比は、０．４０以上かつ０．６２以下の範囲であるとよい。
　［効果等］
　以上のように、本実施の形態に係る検出方法は、標的物質１１と、標的物質１１に特異的に結合するシングルドメイン抗体（例えば、ＶＨＨ抗体）で修飾された誘電体粒子１２ａとを結合させて複合体粒子１３を形成し、複合体粒子１３と、複合体粒子１３を形成していない誘電体粒子１２ａである未結合粒子１２とを、試料１０の外液等の液体中で誘電泳動によって分離し、分離された複合体粒子１３に含まれる標的物質１１を、撮像素子１４０を用いて検出する。
　このような検出方法は、シングルドメイン抗体の抗原として標的物質１１を捕捉して、シングルドメイン抗体を介して標的物質１１と誘電体粒子１２ａとが複合体粒子１３を形成する。標的物質１１は、誘電体粒子１２ａが結合しており、誘電泳動によって移動される。このとき、未結合の誘電体粒子１２ａを含む未結合粒子１２を誘電泳動によって分離することで、複合体粒子１３を選択的に検出でき、検出された複合体粒子１３と相関する標的物質１１の検出を行うことができる。
　ここで、標的物質を介さずに磁性粒子と蛍光粒子とが結合したものと、標的物質を介して磁性粒子と蛍光粒子とが結合したものとは、磁場の印加により同じ挙動を示すため、標的物質を介して結合したものを選択的に検出することが困難である。よって、この検出方法では、偽陽性の影響が大きくなり検出精度が低下する。一方で、本実施の形態の検出方法では、標的物質１１を含まない未結合粒子１２と、標的物質１１を含む複合体粒子１３とは、異なる挙動を示すため、標的物質１１を含む複合体粒子１３を選択的に検出することが可能となる。よって、非特異吸着による偽陽性を低減し、標的物質１１の検出精度を向上させることができる。
　例えば、複合体粒子１３と未結合粒子１２との分離では、所定周波数の交流電圧の印加により、複合体粒子１３に対して正の誘電泳動及び負の誘電泳動の一方が作用し、未結合粒子１２に対して正の誘電泳動及び負の誘電泳動の他方が作用してもよい。
　これによれば、複合体粒子１３と未結合粒子１２との一方に正の誘電泳動を作用させ、他方に負の誘電泳動を作用させることで、複合体粒子１３と未結合粒子１２とを分離し、分離された複合体粒子１３に含まれる標的物質１１を検出できる。正の誘電泳動及び負の誘電泳動により、各々の粒子を逆方向に移動させることで、複合体粒子１３と未結合粒子１２とを分離できる。よって、複合体粒子１３を選択的に検出することが可能となり、非特異吸着による偽陽性を低減し、標的物質１１の検出精度を向上させることができる。
　例えば、所定周波数は、第１周波数よりも大きく、第２周波数よりも小さい値であり、所定周波数に代えて第１周波数の交流電圧が用いられた場合に、発生した電場勾配により、複合体粒子１３には正の誘電泳動及び負の誘電泳動の両方が作用し、所定周波数に代えて第２周波数の交流電圧が用いられた場合に、発生した電場勾配により、未結合粒子１２には正の誘電泳動及び負の誘電泳動の両方が作用してもよい。
　これによれば、複合体粒子１３のクロスオーバー周波数である第１周波数と、未結合粒子１２のクロスオーバー周波数である第２周波数との間の所定周波数の交流電圧を印加することにより、複合体粒子１３と未結合粒子１２との分離を行うことができる。適切な周波数の交流電圧を印加でき、複合体粒子１３を選択的に検出することが可能となる。よって、非特異吸着による偽陽性を低減し、標的物質１１の検出精度を向上させることができる。
　例えば、未結合粒子１２のゼータ電位に対する複合体粒子１３のゼータ電位の比が、１．０以下としてもよく、０．４０以上かつ０．６２以下としてもよい。
　これによれば、複合体粒子１３及び未結合粒子１２のクロスオーバー周波数に影響を与えるゼータ電位の評価によって、複合体粒子１３と未結合粒子１２とが分離可能な粒子の構成を選択できる。特に、未結合粒子１２に対する複合体粒子１３のゼータ電位の比が１．０以下、より好ましくは０．４０以上かつ０．６２以下の範囲であるか否かによって、適切な検出系が構築され得るか否かを評価できる。よって、検出方法の適用容易性が向上される。
　例えば、誘電体粒子１２ａは、蛍光物質を含み、標的物質１１の検出では、分離された複合体粒子１３に励起光を照射して、複合体粒子１３に含まれる蛍光物質が発する蛍光を、撮像素子１４０によって撮像することで、複合体粒子１３に含まれる標的物質１１を検出してもよい。
　これによれば、蛍光発光の減少を利用して、高感度に誘電体粒子１２ａを検出することができる。例えば、クロスオーバー周波数及びゼータ電位等の制限により誘電体粒子１２ａの粒径を大きくできない場合にも、高感度に誘電体粒子１２ａを検出できる。言い換えると、検出感度の向上によって、誘電体粒子１２ａの選択幅を拡張することができ、より多様な検出系に本実施の形態における検出方法を適用できる。
　本実施の形態に係る検出装置１００は、誘電泳動により、標的物質１１を検出する検出装置１００であって、標的物質１１に特異的に結合するシングルドメイン抗体（例えば、ＶＨＨ抗体）で修飾された誘電体粒子１２ａと、標的物質１１と誘電体粒子１２ａとの結合により形成された複合体粒子１３、及び、複合体粒子１３を形成していない誘電体粒子１２ａである未結合粒子１２を、試料１０の外液等の液体中で誘電泳動によって分離する分離器１１０と、分離された複合体粒子１３に含まれる標的物質１１の検出に用いられる撮像素子１４０と、を備える。
　このような検出装置１００は、上記の検出方法を実現する検出装置１００を構成できる。
　例えば、分離器１１０は、互いに離間配置された第１電極１１１２及び第２電極１１１３を含む電極セット１１１１を有し、第１電極１１１２は、所定方向に延びる第１基部１１１２ａと、所定方向に交差し、第２電極１１１３に向けて凸となる方向に第１基部１１１２ａから突出する１以上の第１凸部１１１２ｂとを有し、第２電極１１１３は、所定方向に延びる第２基部１１１３ａと、所定方向に交差し、第１電極１１１２に向けて凸となる方向に第２基部１１１３ａから突出する１以上の第２凸部１１１３ｂとを有し、電極セット１１１１に交流電圧が印加された際に、第１凸部１１１２ｂ及び第２凸部１１１３ｂによって第１電極１１１２及び第２電極１１１３の間の距離が最も短い位置を含む第１電場領域Ａと、第１凸部１１１２ｂ及び第２凸部１１１３ｂによって第１電極１１１２及び第２電極１１１３の間の距離が最も長い位置を含む第２電場領域Ｂとが形成され、第２電場領域Ｂは、第１電場領域Ａよりも低い電界強度を有してもよい。
　これによれば、電極セット１１１１の形状によって、形成される電場に電界強度の勾配を形成することができる。このように電極セット１１１１の設計によって不均一な電場を生成することができるため、検出系に適した電場を選択的に用いることができる。よって、検出装置１００の適用幅を拡張できる。
　本実施の形態に係る誘電体粒子１２ａは、標的物質１１に特異的に結合するシングルドメイン抗体で修飾されている。
　このような誘電体粒子１２ａは、誘電泳動によって標的物質１１を検出する検出装置１００又は検出方法において有用である。
　（変形例）
　以上、本開示の１つまたは複数の態様に係る検出装置及び検出方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものも、本開示の１つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
　例えば、上記実施の形態において、第１基板１１１上の電極セット１１１１を図３に例示したが、電極セットの形状及び配置はこれに限定されない。図１０は、変形例に係る電極セットの構成を示す第１平面図である。例えば、図１０に示すように第１基板１１１上に電極セット２１１１が設置されてもよい。図６の電極セット２１１１では、第１電極１１１２の第１凸部１１１２ｂと第２電極１１１３の第２凸部１１１３ｂとが第２方向（図１０では紙面上下方向）に対向している。このような電極セット２１１１であっても、交流電圧が印加されることで不均一な電場を生成することができる。
　電極セットに含まれる電極の数は、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。図１１は、変形例に係る電極セットの構成を示す第２平面図である。例えば、図１１に示すように第１基板１１１上に電極セット３１１１が設置されてもよい。図１１の電極セット３１１１は、３つ以上の電極を含み、隣り合う電極に印加される交流電圧に位相差が設けられている。電極セット３１１１は、Ｃａｓｔｅｌｌａｔｅｄ電極と呼ばれる場合がある。
　上記実施の形態において、複合体粒子１３を図５に例示したが、複合体粒子の構成はこれに限定されない。図１２は、変形例に係る複合体粒子の形成プロセスを示す図である。例えば、上記の実施の形態では、誘電体粒子１２ａに蛍光物質が含まれる例について説明したが、図１２に示すように、誘電体粒子２１ａと蛍光粒子２２ａとは別々の粒子であってもよい。
　図１２の（ａ）に示すように、標的物質１１、未結合粒子２１、抗体修飾蛍光粒子２２とが混合されて試料１０が生成される。未結合粒子２１は、５００ナノメートル～１０００ナノメートルの誘電体粒子２１ａが約５ナノメートルの抗体２１ｂで修飾されたものである。抗体修飾蛍光粒子２２は、約３００ナノメートルの蛍光粒子２２ａが約５ナノメートルの抗体２２ｂで修飾されたものである。なお、各粒子及び抗体のサイズは、上述のサイズに限定されない。
　誘電体粒子２１ａとしては、ポリスチレン粒子を用いることができるが、これに限定さない。抗体２１ｂ及び２２ｂとしては、ＶＨＨ抗体を用いることができるが、これに限定されない。抗体２１ｂと抗体２２ｂとは異なっていてもよい。
　図１２の（ａ）に示す試料１０が所定温度下で所定時間静置されると、図１２の（ｂ）に示すように、抗原抗体反応により標的物質１１と未結合粒子２１及び抗体修飾蛍光粒子２２とが結合することで複合体粒子２３が形成される。このとき、複合体粒子２３のサイズは、９００ナノメートル～１４００ナノメートルとなる。標的物質１１と結合しなかった未結合粒子１２は、単独又は凝集した状態で残存する。
　このように、誘電体粒子２１ａを蛍光粒子２２ａよりも大きくすることで、複合体粒子２３のサイズと未結合粒子２１のサイズとの差異を大きくすることができ、誘電泳動による複合体粒子２３と未結合粒子２１との分離をより確実に行うことができる。
　ゼータ電位に基づく粒子１５の分離のための交流電圧の周波数は、粒子１５のサイズによっても変化するため、上記実施の形態において説明したゼータ電位の範囲以外の場合もある。検出装置１００を用いて分離可能な粒子１５の選択の目安として、上記ゼータ電位を用い、さらに個々の粒子１５についてクロスオーバー周波数を測定して、標的物質１１の検出に用いる粒子１５を決定してもよい。
　インフルエンザウイルス等の標的物質を検出する検出装置として利用することができる。
　１０　試料
　１１　標的物質
　１２、２１　未結合粒子
　１２ａ、２１ａ　誘電体粒子
　１２ｂ　特異的結合物質
　１３、２３　複合体粒子
　１４　夾雑物
　１５　粒子
　２１ｂ、２２ｂ　抗体
　２２　抗体修飾蛍光粒子
　２２ａ　蛍光粒子
　１００　検出装置
　１１０　分離器
　１１１　第１基板
　１１２　スペーサ
　１１３　第２基板
　１２０　電源
　１３０　光源
　１３１　照射光
　１３２　検出光
　１４０　撮像素子
　１４１　カメラ
　１５０　検出部
　１１１１、２１１１、３１１１　電極セット
　１１１２　第１電極
　１１１２ａ　第１基部
　１１１２ｂ　第１凸部
　１１１２ｃ　第１凹部
　１１１３　第２電極
　１１１３ａ　第２基部
　１１１３ｂ　第２凸部
　１１１３ｃ　第２凹部
　１１２１　空間
　１１３１　供給孔
　１１３２　排出孔

Claims (10)

  1. 　標的物質と、前記標的物質に結合するシングルドメイン抗体で修飾された誘電体粒子とを結合させて複合体を形成し、
    　前記複合体と、前記複合体を形成していない前記誘電体粒子である未結合粒子とを、液体中で誘電泳動によって分離し、
    　分離された前記複合体に含まれる前記標的物質を、撮像素子を用いて検出する
    　検出方法。
  2. 　前記複合体と前記未結合粒子との分離では、所定周波数の交流電圧の印加により、前記複合体に対して正の誘電泳動及び負の誘電泳動の一方が作用し、前記未結合粒子に対して正の誘電泳動及び負の誘電泳動の他方が作用する
    　請求項１に記載の検出方法。
  3. 　前記所定周波数は、第１周波数よりも大きく、第２周波数よりも小さい値であり、
    　前記所定周波数に代えて前記第１周波数の交流電圧が用いられた場合に、発生した電場勾配により、前記複合体には正の誘電泳動及び負の誘電泳動の両方が作用し、
    　前記所定周波数に代えて前記第２周波数の交流電圧が用いられた場合に、発生した電場勾配により、前記未結合粒子には正の誘電泳動及び負の誘電泳動の両方が作用する
    　請求項２に記載の検出方法。
  4. 　前記未結合粒子のゼータ電位に対する前記複合体のゼータ電位の比が、１．０以下である
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の検出方法。
  5. 　前記誘電体粒子は、蛍光物質を含み、
    　前記標的物質の検出では、分離された前記複合体に励起光を照射して、前記複合体に含まれる前記蛍光物質が発する蛍光を、前記撮像素子によって撮像することで、前記複合体に含まれる標的物質を検出する
    　請求項１～４のいずれか一項に記載の検出方法。
  6. 　誘電泳動により、標的物質を検出する検出装置であって、
    　前記標的物質に結合するシングルドメイン抗体で修飾された誘電体粒子と、
    　前記標的物質と前記誘電体粒子との結合により形成された複合体、及び、前記複合体を形成していない前記誘電体粒子である未結合粒子を、液体中で誘電泳動によって分離する分離器と、
    　分離された前記複合体に含まれる前記標的物質の検出に用いられる撮像素子と、を備える
    　検出装置。
  7. 　前記分離器は、互いに離間配置された第１電極及び第２電極を含む電極セットを有し、
    　前記第１電極は、所定方向に延びる第１基部と、前記所定方向に交差し、前記第２電極に向けて凸となる方向に前記第１基部から突出する１以上の第１凸部とを有し、
    　前記第２電極は、前記所定方向に延びる第２基部と、前記所定方向に交差し、前記第１電極に向けて凸となる方向に前記第２基部から突出する１以上の第２凸部とを有し、
    　前記電極セットに交流電圧が印加された際に、前記第１凸部及び前記第２凸部によって前記第１電極及び前記第２電極の間の距離が最も短い位置を含む第１電場領域と、前記第１凸部及び前記第２凸部によって前記第１電極及び前記第２電極の間の距離が最も長い位置を含む第２電場領域とが形成され、
    　前記第２電場領域は、前記第１電場領域よりも低い電界強度を有する
    　請求項６に記載の検出装置。
  8. 　標的物質に結合するシングルドメイン抗体で修飾された
    　誘電体粒子。
  9. 　複合体と、未結合粒子とを、液体中で誘電泳動によって分離し、
    　分離された前記複合体に含まれる標的物質を、撮像素子を用いて検出する検出方法であって、
    　前記複合体は、前記標的物質と、前記標的物質に結合するシングルドメイン抗体で修飾された誘電体粒子とが結合して形成されたものであり、
    　前記未結合粒子は、前記複合体を形成していない前記誘電体粒子である、
    　検出方法。
  10. 　複数の標的物質と、複数のシングルドメイン抗体で修飾された複数の誘電体粒子を混合し、これにより複数の第１標的物質と複数の第１誘電体粒子と結合した複数の複合体と前記複数の標的物質と結合していない複数の第２誘電体粒子を含む液体を生成し、前記複数の誘電体粒子の各々は前記複数のシングルドメイン抗体に含まれる一以上のシングルドメイン抗体で修飾されており、
    　凹凸形状を有する第１電極と凹凸形状を有する第２電極間に交流電圧を発生させ、これにより、前記第１電極と第２電極間に不均一電場を発生させ、前記混合物を通過する前記不均一電場は前記複数の第１複合体と前記複数の第２誘電体粒子を分離し、
    　前記分離された複数の第１複合体を、撮像素子を用いて検出し、
    　前記複数の標的物質は第１標的物質を含み、
    　前記複数の誘電体粒子は複数の第１誘電体粒子と複数の第２誘電体粒子を含む
    　検出方法。
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